著者：黃姤

「夸克」是什么？

「夸克」，就是組成我們這個世界的最基本的粒子，至少目前物理學家認為是這樣的，萬事、萬物的底層是原子，原子的內部有原子核和外面的電子，原子核又是由質子和中子組成的，但是這樣的一個問題又可以追問下去--質子和中子又是如何構成的？

答案就是：「夸克」。

質子和中子都各自是由3個夸克結合在一起形成的，夸克非常小，它的尺度令人難以置信，夸克的半徑和質子相比要小2000倍，而質子的半徑大約是沙粒半徑的2.4萬億分之一，所以這是一個極其渺小的存在，它和電子以及其他的輕子一樣，是不可以再分割的，也就是說到目前為止，據(jù)所建立的物理知識，「夸克」以下不再有別的結構。

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「夸克」是在1964年最早由加州理工學院的理論物理學家默里·蓋爾曼（1929年9月15日—2019年5月24日）和另外的一位同事茲威格各自獨立提出的，他們當時正在研究質子和中子，發(fā)現(xiàn)要想解釋這兩種粒子的有一些物理性質，只能認為它們的內部還有更小的粒子就是夸克?！缚淇恕惯@個有趣的名字正是蓋爾曼提出的。到了1967年~1973年間，人們終于在斯坦福加速器中心進行了實驗，驗證了「夸克」的真實存在。

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「夸克」有一個奇異的性質

你可以探測它，可以觀察它，但是卻不能把它們單獨的取出來，夸克和電子都是基本粒子，但電子是很基本的一個單元，我們不僅可以觀察電子，也可以獨立的取出電子，甚至操縱電子，但是對于夸克這是做不到的。我們不可以從原子核的質子或中子當中拿出一個獨立的夸克，這一點是做不到的，這個現(xiàn)象叫做「夸克禁閉」。

既然夸克是禁閉的，我們又如何觀察它？

可以用別的粒子來作為道具，測量道具就是——電子。

電子在加速器上獲得巨大的速度，直接深入到粒子的內部可以探測到原子核的深處，這樣原子核內部結構的夸克就可以和電子發(fā)生相互作用，當我們從外面看到了電子的行為的時候，就可以反向推測出原子核內部的夸克的性質和結構。這就好比說原子核像一個核桃，核桃非常的堅硬，我們永遠沒有辦法把它打開，但是我們可以把它放在CT掃描儀上，通過斷層掃描看到里面的情況，大體上夸克就是這樣被識別出來的。

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除了「夸克禁閉」，夸克還有一些非常奇異的地方

「夸克」具有分數(shù)電荷，也就是說上面帶的電荷單位不是整數(shù)的，不是1或者-1，而是1/3、2/3這樣的分數(shù)單位。

「夸克」按照質量從大到小排列一共有6種類型，物理學家把它稱為「味·flavor」，大家不要誤會，不是日常生活當中吃到的苦、辣、酸、甜、咸，這只是一個比喻而已，用它來形容夸克的質量屬性。

「夸克」還有另外一種更加奇怪的屬性，物理學家們只好再去找一個詞來形容，最后他們找到的這個詞匯叫「顏色·color」?！缚淇恕故怯猩实?，這個色彩同樣不是我們日常生活中看到的紅紅綠綠，它只是一種比喻，比喻?夸克的一類性質，術語上叫做「色荷」，引入色屬性就是為了來解釋或形象的比喻夸克的顏色禁閉。

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夸克的類型

夸克有6種類型，其中哪一種類型還對應著一個反粒子，也就是「反夸克」，故此是12種情況，在這12種情況里邊，人們發(fā)現(xiàn)有一些夸克可以組合在一起形成穩(wěn)定的存在，而另外一些是無論如何不能放在一起的。

物理學家為了描述夸克分組結合的這種定向規(guī)律，就引入了「色荷」屬性，夸克的色有3種：紅、綠、藍，而它們的反粒子也就是「反夸克」對應的是反紅、反綠、反藍。在「色荷」力學當中，物理學家們規(guī)定夸克組合在一起，只有當它們的「色荷」最后濃縮的結果是白色或者說是無色的情況下才能夠存在。紅、綠、藍是三原色，所以當具有紅色色荷、藍色色荷和綠色色荷的三個夸克合在一起的時候，就可以認為它們是白色或者是沒有顏色，它們就能穩(wěn)定的存在。

另外一種情形是正夸克和反夸克。正紅、反紅或者是正綠、反綠這樣的顏色組合在一起的時候也認為是無色的，只有無色的組合才可以最后存在，凡是搭配在一起出現(xiàn)了顏色夸克就不能存在，這叫做「夸克顏色禁閉」。

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連接夸克的膠水

質子和中子是最穩(wěn)定的由夸克結合形成的粒子，它們剛好都是由3個三原色夸克形成的穩(wěn)定組，正是因為夸克不能顯示單獨的顏色，所以我們永遠無法從原子核當中取出一個獨立的夸克，夸克的微小和它蘊藏能量的巨大形成了一對矛盾，后來在此基礎上，物理學家們提出夸克的連接需要一種強力的膠水，這種膠水也是一種粒子，叫做「膠子」。

膠子就是強相互作用力的提供者，簡單地說就是它們把夸克綁在一起，膠子也有許多奇妙的特征，比如一種叫做「膠子飽和」的現(xiàn)象，當兩個質子和兩個重離子以很高的能量碰撞的時候，在它們中間的某個區(qū)域會出現(xiàn)高密度的膠子，這是非常值得探測的，原因在于這個時候的膠子會表現(xiàn)出一種整體一致性的行為屬性，這一點就像是我們在早高峰或晚高峰搭乘地鐵一樣，整個車廂里塞了人，這個時候一旦有一個人摔倒，周圍的人即使不挨著他，也可以感覺到他的動作，原因是大伙密密麻麻地緊密排列在一起，所有的動作都可以傳播開來，這樣的高密度的致密性使得整個膠子區(qū)域像一塊玻璃，所以它也叫做「色玻璃凝聚態(tài)」，這正是實驗物理學家當前最關注的一個觀測現(xiàn)象，假如我們能夠在大型對撞機上找到這樣的凝聚態(tài)，這一定是一個偉大的發(fā)現(xiàn)，而這一點也是關于夸克最大的未解謎題之一。

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當然說到謎題，大伙的心中一定還有一個問題想問的——都說夸克是最基本的粒子，那誰來保證這一點，夸克的內部還會不會存在更精細的結構呢？

對此我只能告訴您——物理學不知道答案。